3 (67), 2012 / 117 The received results show that dephosphorization of alloyed cast irons provides improvement of mechanical properties, decrease of cold-shortness of moulded pieces at low consumption of dephosphorator. А. Г. ГЕОРГАДЗЕ, В. И. ГЕРНЕР, М. И. ЕЛАШВИЛИ, П. А. НИКИФОРОВ, А. Н. ПЛЕТНЕВ, С. А. СМИРНОВ, ООО ТД «СхM» УДК 621.74 условия Дефосфорации ЖиДкого металла в раЗливочном ковше В последнее время в промышленности повы- сились требования к металлу по содержанию фос- фора. Снижение содержания фосфора в металле при выплавке чугунов и особенно сталей в маши- ностроении и металлургии является актуальной проблемой. В литературе известны способы рафинирую- щей обработки чугуна и стали и составы шлако- образующих смесей, предназначенные для удале- ния из металла неметаллических включений, в том числе фосфора [1]. Однако известные способы в основном относятся к процессам дефосфорации жидкого металла в плавильных агрегатах с основ- ной футеровкой. При использовании плавильных агрегатов с кис- лой футеровкой удаление фосфора из металла можно проводить непосредственно в разливочных ковшах, имеющих обычно футеровку из нейтраль- ного материала – шамота. Исследования показали, что эффективное уда- ление фосфора из жидкого металла в ковше воз- можно при обработке его рафинирующими шла- ковыми смесями и при соблюдении некоторых основных условий проведения процесса. Основными условиями являются высокая основ- ность и окисленность шлака, низкая температура его плавления, пониженная температура обработ- ки металла. Высокую основность рафинирующего шлака достигают обычно при применении в его соста- ве большого количества оксида кальция (СаО). Однако чистый оксид кальция имеет высокую температуру плавления (около 26500С). Поэтому в составах рафинирующих шлаков совместно с оксидом кальция необходимо применять раз- личные добавки, которые понижают его темпе- ратуру плавления. Часто в известных способах для удаления из жидкого металла неметаллических включений, в том числе фосфора, используют предварительно расплавленные синтетические шлаки на основе оксида кальция, которые смешивают с жидким ме- таллом и затем отделяют шлак от металла. Однако указанные операции являются энергозатратными, трудоемкими, длительными в исполнении и не всегда приемлемы для условий литейного произ- водства. Для кинетики процесса дефосфорации жидкого металла в ковше важным является легкоплавкость шлаковой смеси. Быстрое и легкое расплавление шлаковой смеси при взаимодействии с заливаемым в ковш нагретым металлом обеспечивает более глу- бокое и быстрое удаление фосфора в шлак. При проведении исследований разработан со- став легкоплавкой шлаковой смеси, который мож- но использовать в твердом состоянии при загрузке его непосредственно в разливочный ковш. Компоненты шлаковой смеси выбирали исходя из конкретных требований к составу металла и условиям проведения процесса дефосфорации в разливочном ковше. Согласно результатам испытания на высоко- температурном дериватографе системы «Паулик – Эрдеи», начало расплавления рафинирующей шла- ковой смеси происходит уже при температуре 880–8900С с быстрым переходом в активное жид- кое состояние при температурах от 12800С и выше. Это является достаточным для обеспечения дефос- форации металла в ковше даже в диффузионном режиме процесса. Поэтому разработанный состав рафиниру- ющей шлаковой смеси удовлетворяет условию для дефосфорации металла в ковше по легко- плавкости. 3 (67), 2012 118 / При выплавке литейных и передельных чугу- нов в металлургии снижение содержания фосфора даже на 10–15% позволяет перевести их класс, со- гласно ГОСТ 805–95, из марки «Б» в марку «А» и, тем самым, расширить поставки чугунов в ма- шиностроении и обеспечить повышение рента- бельности производства. В литейном производстве стало необходимым снижать содержание фосфора не только в легиро- ванных, но и в серых выплавляемых чугунах, осо- бенно для изготовления отливок с особой формой графита. Проблемой является также удаление фосфора при выплавке сталей в печах с кислой футеровкой. Это связано с тем, что наиболее эффективно про- цесс дефосфорации протекает при использовании шлакообразующих материалов с высокой «основ- ностью»: оксидов кальция, магния, калия, натрия. Однако эти материалы активно взаимодействуют с «кислотными» материалами и поэтому способ- ствуют разрушению кислых футеровок печей. На Челябинском предприятии ООО «ЭКОС» разработаны комплексные шлакообразующие ма- териалы для проведения дефосфорации жидких металлов в плавильных агрегатах с основной фу- теровкой и в разливочных ковшах при выпуске ме- талла из печей с кислой футеровкой. Предприятие производит и поставляет ком- плексные дефосфораторы. Дефосфоратор марки ДФЧ-1 применяется для обработки жидкого чугу- на в плавильных печах и разливочных ковшах, а дефосфоратор марки ДФС-1, ДФС-2 – для обра- ботки жидкой стали. Дефосфораторы содержат до пяти компонен- тов, эффективно удаляющих фосфор в виде хими- ческих соединений из расплавленного металла в шлак и исключающих процесс рефосфорации в разливочных ковшах. Расход дефосфораторов определяется опытным путем применительно к условиям предприятий и требованиям к качеству выплавляемых металлов. Опыт работы на ряде предприятий показыва- ет, что при соблюдении требований по химиче- скому составу сплавов часто имеет место откло- нение механических свойств деталей от требова- ний ТУ. При снижении содержания фосфора и серы в сплавах даже на 10–20% обеспечивает- ся стабилизация механических свойств и струк- туры металла отливок. Имеется опыт применения дефосфоратора при выплавке серых чугунов, низколегированных чу- гунов с последующим их модифицированием для получения в металле отливок с вермикулярной или глобулярной формой графита, а также при обра- ботке в ковше жидкой стали, выплавляемой в печи с кислой футеровкой. Так, при обработке серых чугунов расход де- фосфоратора марки ДФЧ-1 составлял от 0,6 до 1,2 мас.% на 1 т жидкого чугуна. При этом из ме- талла удаляется от 18 до 25% фосфора в зависимо- сти от величины его исходного содержания в сером чугуне. При обработке низколегированных чугунов расход дефосфоратора может быть увеличен до 1,6 мас.%, при необходимости может обеспечивать снижение фосфора до более низких значений в ко- нечном чугуне. Исследование, проведенное при изготовлении литых деталей втулок из низколегированного чугу- на марки ЧНХМД, показало, что при выполнении операции дефосфорации металла в ковше добавка- ми дефосфоратора марки ДФЧ-1 с расходом его 1,2 мас.% на 1 т жидкого металла получено сниже- ние содержания фосфора в отливках на 26,4 %: с 0,106 до 0,078%. При этом достигнуто повыше- ние механических свойств деталей и формирова- ние структуры с вермикулярной и шаровидной формой графита. В табл. 1 приведены механические свойства образ- цов в сравнении с требованиями по ТУ 24-22-086-2000. Т а б л и ц а 1 Номер образца Наименования механических свойств sв, кгс/мм2 sт, кгс/мм2 Твердость НВ 1 45,5 44,2 255 2 41,0 39,0 262 3 47,0 46,0 269 Требования по ТУ ≥ 40 ≥ 32 187–269 Как видно из таблицы, при снижении содержа- ния фосфора в чугуне при обработке его в ковше дефосфоратором марки ДФЧ-1 механические свой- ства деталей повышаются и стабилизируются в сравнении с требованиями ТУ. Это позволяет га- рантированно исключить отклонения по механи- ческим свойствам в серийном производстве дета- лей и вывести их на уровень верхних рекомендуе- мых пределов по ТУ. Указанное стабильное повышение механиче- ских свойств при проведении дефосфорации низ- колегированных чугунов достигается за счет сни- жения содержания фосфора в сплаве и формирова- ния значительной части структуры металла с ша- ровидной формой графита. В табл. 2 приведены результаты микроанализа шлифов образцов, вырезанных из деталей отливок, изготовленных из низколегированного чугуна и обработанного дефосфоратором марки ДФЧ-1. 3 (67), 2012 / 119 Полученные результаты показывают, что де- фосфорация легированных чугунов обеспечивает повышение механических свойств, снижение хлад- ноломкости литых деталей даже при малых расхо- дах дефосфоратора. При расходе дефосфоратора 0,8–1,5 % из ме- талла удаляется 20–25% фосфора, однако подбор расхода для конкретных условий производства не- обходимо проводить расчетным путем или экспе- риментально. Имеется положительный опыт обработки комплексным дефосфоратором ДФЧ-2 доменных передельных и литейных чугунов, обеспечиваю- щим перевод марок чугунов из класса «Б» в класс «А». На ряде предприятий проведены с положитель- ным результатом испытания по дефосфорации стали в разливочных ковшах с шамотной футеровкой при выплавке металла в печах с кислой футеровкой. Челябинским предприятием ООО «ЭКОС» де- фосфораторы поставляются в виде брикетов разме- ром 20×40×60 мм или фракциями 3–10 и 3–20 мм в различных упаковках по желанию потребителя. Дефосфораторы заказывается по письму-за про су. По запросу высылаются ТУ на материал и краткая технологическая инструкция по применению де- фосфораторов. Более подробные сведения о технологиях при- ведены на сайтах www. cxm.ru и www uralvim.ru, тел. +7 (343) 338.34.44, +7 (351) 280.46.13. Т а б л и ц а 2 Номер образца Графит Перлит Цементит Фосфидная эвтектика вермикуляр- ный ВГф шаровидный ШГф содержание дисперсия количество площадь включений распределение площадь включений 1 3 15 П82 Пд0,3 Ц4 4200 0,5 1200 2 3 18 П88 Пд0,3 Ц6 3800 1,2 1250 3 3 22 П79 Пд0,3 Ц7 3200 0,8 1150 Требования по ТУ 2–3 5–20 П45 Пд0,3–1 Ц2–10 До6000 1–2 До 6000 Литература 1. В о с к о б о й н и к о в В. Г., К у д р и н В. А., Я к у ш е в А. М. Общая металлургия: Учеб. для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 2000.